基于北斗的10kV电缆施工阶段防盗装置研究

王凯，王骁

国网浙江省电力有限公司宁波供电公司，浙江宁波，315000

0 引言

在城市电网中，10kV电力电缆供电负荷重，供电用户多，用电量大，电缆本身价值也高。一旦发生被盗被破坏案件，不仅造成直接重大经济损失，而且严重影响城市经贸和人民生活安宁和谐。城市电网结构复杂，电缆敷设以电缆沟居多，根据对大量涉电案件剖析、多种技防措施比较，并通过实际安装试验证明，对于电缆沟中10kV电缆的防盗防破保护，直接有效的技防手段是监控电缆沟的井盖[1]。当犯罪分子打开电缆沟井盖时，在未进入电缆沟实施破坏电缆之前进行预警/报警。但是，电缆沟工作环境条件十分恶劣，如平时阴暗潮湿，雨水季节又可能成为水渠，电缆沟与大道距离较近，车辆川流不息，噪音和机械振动极大。这些都为监控装置施工安装和可靠运行带来很多不利因素。

要解决这些问题，除了加强管理外，还需要技术方法的创新，因此本文将北斗技术、物联网智能技术应用到井盖监控器上，研究制作一款基于北斗定位的防盗装置，将智能手机与井盖传感器联系起来。该装置和同类防盗报警设备相比，具有简单可靠、性价比高优点，尤其是提前预警/报警，有效阻止犯罪，防止发生重大经济案件，避免重大经济损失。

1 装置概述

1.1 项目背景

目前，全国各地区城市配电网系统供电线路中交联聚乙烯电缆应用越来越广泛，由于电缆芯线大都是纯度极高的金属，具有极高的利用价值，常常成为偷盗者觊觎的对象，很多犯罪分子因此不惜铤而走险，防盗形势十分严峻。从以前侦破的案例来看，很多偷盗者是本身从事电力行业的施工外施人员，熟悉电缆是否带电状态、掌握割接方法等，因此电缆偷盗案例时有发生。研究10kV电缆施工阶段防盗装置和电缆施工线路监控的实现方法，在配网电力电缆防盗工作上提供一套行之有效的合理方案，从而保障供电线路安全、可靠运行，其经济效益、社会效益必将十分显著。

1.2 项目技术

该系统需要具备以下特点：第一，北斗系统在空间上有多类卫星组成的，与其他的卫星定位系统相比，它的高空卫星更多，抵御云朵遮拦的能力强，特别是低纬度地方，他的功能方面更加的显著。第二，北斗系统给予了很多个交错处的定位信号，能够通过交错信息交融的组合采纳等方法提供更好的服务享受。第三，北斗系统的创新点处在于交汇了定位与实时发送信息的功能，具有及时定位、更快读取信息、精准提供时间、定位信息报告和部分内容服务五个功能。

本监控装置利用物联网技术、北斗定位技术，成本低廉，信号覆盖面广，依托北斗卫星定位技术以及压力传感器，一旦盖板非法开启，将位置信息与开启信息实时传输至 APP和手机短信，并启动报警机制，做到对井盖位置的实时监控。

1.3 项目建设思路

北斗智能井盖采用北斗高精度定位技术，通过装载北斗监控设备，实现井盖的实时监控、远程查询、远程管理，其操作简单、管理方便，可实现超大范围报警、高效出警、精确打击、性能稳定、防水防腐等功能，并具备低成本、高效率和高可靠性的特点帮助管理者提高井盖管理的信息化和智能化水平[2]。智能井盖监控管理平台包括北斗智能井盖、维修工作组、总控制中心以及北斗卫星导航系统四部分。通过北斗卫星实时获取井盖所在位置，当井盖发生异动时，启动井盖自动报警系统，由北斗卫星传输到总控制中心，随后总控制中心根据井盖异动情况发送下行信号通知相关人员进行处理。

2 项目需求分析

2.1 需求分析

本项目研制一套基于北斗定位的10kV电缆施工阶段防盗装置，利用电缆偷盗需开启电缆井盖板这一特点，在电缆井装设该装置，能够在不法分子开启电缆井的第一时间，触发警报，通过北斗定位实时定位，短信第一时间通知相关人员，同时通过“警企联动”，将偷盗行为扼杀在摇篮里。需求分析如图1所示。

2.2 设计分析

本项目完成后，可大大提高电缆施工阶段防盗的可靠性，其主要表现在：①基于北斗定位的10kV电缆施工阶段的智能井盖监测终端，实现了国家北斗地基增强系统在电缆井定位领域的成功应用。②采用模块化，可以针对不同的电缆井或沟进行配置，方便组网。③适应恶劣环境，具有较高的防护等级和防误能力。④定位精准，极大便利了电缆井盖的定位查找和后续的维护工作。⑤实现“警企联动”，增加防偷盗的威慑力。

2.3 成果应用和推广途径

项目将选用一条待施工的电缆路径进行建设配电电缆智慧智能井盖监测系统示范工程，研究成果可广泛应用于国网公司系统、水务、燃气、通信等行业。示范工程成功应用后，可依托项目成果，逐渐拓展至电缆运维线路，相关成果争取入选市公司科技成果推广目录，逐步在省公司系统、水务、燃气、电信等其他行业推广应用。

2.4 推广价值分析

项目推广应用后，可显著提升电缆防偷盗的防治效果和效率，大幅降低电缆偷盗等恶性事件的发生。以宁波甬城配网公司为例，仅2020年，公司共敷设电缆825千米，回收电缆约24.45千米（废旧电缆招标价：2020年29.93元每公斤。拍卖废旧电缆732万元）。通过对闲置账内、账外物资再利用、回收、盘活闲置库存资产，2020年实现废旧物资收入1005万元。电缆施工和回收管控紧迫性很大。应用本项目技术成果后，按照每年可节省敷设新电缆24千米，可多回收电缆20千米估算，按当前新电缆价格约800元/米，废旧电缆430元/米进行计算。则每年可减少损失：（8w×24+4.3w×20）=278万元。智能井盖监测终端成功组网后，每个终端价格仅约400元(大面积采购价格)，且为一次性投入。

同时，项目技术可大幅降低施工人员巡线看守劳动强度，降低人力成本，当有人为触碰电缆情况发生时，通过北斗定位实时定位，短信第一时间通知相关人员，同时通过“警企联动”，将偷盗行为扼杀在摇篮里。项目通过“科技研发-示范工程”的技术路线，该智能井盖监测终端的成功应用，突破了以往电缆井盖定位范围过大的弊端，可大幅提高电缆井盖维护管理的效率，定位精度可达实时分米级，定位速度也更快，极大地便利了电缆井盖的定位查找和后续的维护管理，有效提升配电网安全运行水平。成果的推广应用将为宁波公司防控电缆偷盗和对电缆进行资产化管控运维提供重要的技术支撑和便利，进一步提高电网安全运行水平。

3 未投运电缆防盗报警装置研究

3.1 原理设计

北斗智能井盖采用北斗高精度定位技术，通过装载北斗监控设备，实现井盖的实时监控、远程查询、远程管理，其操作简单、管理方便，可实现超大范围报警、高效出警、精确打击、性能稳定、防水防腐等功能，并具备低成本、高效率和高可靠性的特点帮助管理者提高井盖管理的信息化和智能化水平。智能井盖监控管理平台包括北斗智能井盖、维修工作组、总控制中心以及北斗卫星导航系统四部分。通过北斗卫星实时获取井盖所在位置，当井盖发生异动时，启动井盖自动报警系统，由北斗卫星传输到总控制中心，随后总控制中心根据井盖异动情况发送下行信号通知相关人员进行处理。

3.2 硬件设计

井盖报警器包含微机Arduino控制器、蜂鸣器，以及压力的传感器，井盖监控报警系统工作原理如图2所示。该自动报警模块采用蜂鸣器和高闪烁LED灯组成，当出现井盖被非正常开启的情况后，通过自动报警模块产生高分贝的报警声响和不断闪烁的高强光，实现对偷盗者的警示和震慑并达到提醒行人注意危险的作用。井盖被不法分子启动后，经过压力传感器传导，北斗卫星系统模块将通过物联网，将井盖的相关位置、时间等具体信息上传并进行报警。通过一系列的传感器检测实现对井盖及其周边安全状况上的检查。

3.3 软件设计

依靠北斗卫星技术建立井盖安全监测系统[3-4]，比一般技术方法应用面更广；北斗卫星设置的方格网更具精确性、误差小，既能够适应标准规定，又具备较强的精度储备；借助北斗卫星技术设置大地控制网系统，图形精确指数高，可全面提升点位趋近速率，网形优化更快捷；与一般测量法比较而言，借助北斗卫星技术设置方格网，速度可增强一倍以上，并在一定程度上减小施工人员的劳动负担，井盖监控报警系统工作示意图如图3所示。北斗卫星的精度要求大大满足了对井盖地址信息定位的准度，也为对井盖“身份编码”信息提供了有力的技术支持。

3.4 项目研究的关键和难点

通过监测井盖的压力传导值来判断井盖是否为异常打开，一旦判断压力异常，马上发送告警信息到后台，并立马精准定位。低功耗设计，正常工作情况下定时向后台发送状态信息（剩余电压、信号强度等），不更换电池的情况下，工作时间不少于1月。外观密封，耐腐蚀，耐磨，耐压，抗震，防水等级IP68。解决金属井盖对无线报警信号传输的屏蔽问题，结构简单。

4 现场应用

4.1 应用思路

本项目将深入研究基于北斗定位的10kV电缆施工阶段防盗装置的应用，研究10kV中压电缆施工阶段电缆井盖状态监测[5]，采用北斗技术实现井盖智能化，实现高精度定位，通过装载北斗监控设备，实现井盖的实时监控、超大范围报警、防水防腐等功能，将偷盗行为第一时间扼杀在摇篮。为实现配电电缆沿路井盖管理的信息化和智能化水平，提供坚强的技术保障。本项目的主要研究内容如下：①适用于10kV中压电缆施工阶段电缆井盖实时监测报警技术的响应，触发模块、电源模块、信号传输模块、外观防护的实验研究。②适用于10kV中压电缆施工阶段电缆井盖的信息资产管理与井盖GIS一张图监控平台的研究。③适用于10kV中压电缆施工阶段井盖定位监控和报警信息推送的实验研究。

4.2 实施方案

配网工程施工中10kV电缆敷设工作点多面广，施工周期较长，电缆在未投运之前，电缆井内的电缆存在较大的被偷割、偷盗的风险。目前普遍的做法是派人看守，但是因为电缆路径较长，无法做到全程监控，存在监控漏洞。

本项目针对这一漏洞，研制一套基于北斗定位的10kV电缆施工阶段防盗装置，利用电缆偷盗需开启电缆井盖板这一特点，在电缆井装设该装置，能够在不法分子开启电缆井的第一时间，触发警报，通过北斗定位实施定位，短信第一时间通知相关人员，同时通过“警企联动”，将偷盗行为扼杀在摇篮里，电缆防盗报警器工作流程图如图4所示。主要思路如下：

①完成触发感应模块的传感器的选择，安装位置的确定、防水防火防爆等级确定，供电方式的确定，信号模块、定位模块及发送方式的确定，产品最终定型。②完成功能需求调研，完成井盖状态监测仪的安装，实现查询、报警和定位发送功能。搭建10kV中压电缆施工阶段电缆井盖的信息资产管理与井盖GIS一张图监控平台的建设。③做好信息图形的软硬件配置，研究应用于电力设施防盗监控及管理的数字物联网平台。④实时监测定时传输信息，可对井盖位置状态变化做出实时响应并传输报警信息，比如井盖倾斜、井盖开启等，同时对电池电压进行采集，并实现低电压报警。⑤进行井盖定位监控和报警信息推送的实验研究，当案发时能及时准确定位报警，迅速启动“警企联动联防”机制。设备每天定时上报设备状态信息，包括电池电压、井盖状态等信息，即使不出现报警事件的情况下也能每天掌握设备运行状态。⑥报警事件过滤测试。设备内部具备多级报警事件过滤功能，避免车辆过往及振动导致的误报事件发生，应达到过滤误报警事件的能力。

4.3 实施成效

项目选用一条待施工的电缆路径进行建设配电电缆智慧智能井盖监测系统示范工程[6]，基于北斗技术，将高精度定位、超大范围报警、快速响应等功能集成在电缆井盖板中，研制出一套基于北斗定位的10kV电缆施工阶段防盗装置，该装置具有定位精度准确、误报率低、安装方便的优点。APP读取报警信息示意图如图5所示。

4.4 成果特色

该装置为电力行业量身定做，符合电力企业管理特点，满足电力行业不同需求。当案发时能及时准确定位报警，迅速启动“警电联动联防”机制，有效打击任何手段盗窃和破坏电力设施的犯罪分子，不仅节省人力、物力、财力和警力，还大大提高涉电破案率。该装置已在宁波杭湾电网施工阶段进行应用，成效显著。

5 结语

本项目研制一套基于北斗定位的10kV电缆施工阶段防盗装置，利用电缆偷盗需开启电缆井盖板这一特点，在电缆井装设该装置，能够在不法分子开启电缆井的第一时间，引发压力感应变化触发警报，通过北斗定位实时定位，短信和手机APP推送第一时间通知相关人员，同时通过“警企联动”，将偷盗行为扼杀在摇篮里。实验结果显示，该系统功能完善，能够通过手机APP对井盖的状态进行实时监测，使井盖具有智能化防盗能力，精准判断，节省人力物力，从而有效防范施工阶段的电缆偷盗问题，在井盖防盗领域具有广阔的应用前景。